Abiogenese: Eine Theorie über den Ursprung des Lebens

Wie die Evolution funktioniert, wissen wir inzwischen alle. Zumindest haben die meisten von uns ein grundlegendes Verständnis davon, wie sie funktioniert. Auf ihrer grundlegendsten Ebene ist die Evolution eine Veränderung im Laufe der Zeit. Genauer gesagt handelt es sich um Veränderungen innerhalb einer biologischen Population im Laufe aufeinander folgender Generationen.

Schließlich ist die biologische Komplexität eines der wichtigsten Ergebnisse der Evolution. Alles begann einfach. Dann mutierten die Gene, die Zellen interagierten mit ihrer Umgebung, die Mitochondrien hörten auf, lebende Organismen zu sein, und begannen, Teil einer Zelle zu sein, und – Tada – komplexes Leben.

Wir wissen also, woher die Komplexität und Vielfalt des Lebens kommt. Wir haben Elefanten und Schlangen, HIV und das Bärtierchen dank der Evolution. Diese Theorie steht fest. Aber wir wissen nicht, woher das Leben selbst stammt. Wir verstehen den Anfang von allem nicht – die Biogenese.

Abiogenese ist der Ursprung des Lebens aus unbelebter Materie. Diese Frage brennt uns schon lange unter den Nägeln (lange bevor Darwin die Evolutionstheorie aufstellte). Aber es könnte sich eine Antwort am Horizont abzeichnen. Und diese Antwort ist erstaunlich einfach: Leben ist unvermeidlich.

In einer Reihe von Veröffentlichungen haben Physiker argumentiert, dass das Auftreten von Leben eine Frage der Unvermeidlichkeit ist, und sie haben eine solide Formel, um ihre Behauptungen zu unterstützen. Die neuen Modelle, die sich die Physiker ausgedacht haben, basieren auf bereits etablierten Theorien der Physik, und sie kommen zu dem Schluss, dass sich die Materie im Allgemeinen zu Systemen entwickelt, die, wenn sie „von einer externen Energiequelle angetrieben“ und „von einem Wärmebad umgeben“ sind, immer effizienter darin werden, Energie abzugeben.

Das hört sich etwas kompliziert an, also schlüsseln wir es auf.

Um die Theorie zu verstehen, muss man den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verstehen, auch bekannt als das Gesetz der zunehmenden Entropie oder der „Pfeil der Zeit“. Der zweite Hauptsatz besagt: „Die Entropie eines isolierten Systems, das sich nicht im Gleichgewicht befindet, nimmt mit der Zeit zu und nähert sich einem Maximalwert im Gleichgewicht an.“

Um es ganz einfach auszudrücken, bedeutet Entropie, dass die Dinge auseinanderfallen. Heiße Dinge kühlen ab, Gase diffundieren durch die Luft, ein Haus bricht zusammen, aber es wird nicht sofort eine neue Küche angebaut. Wie bereits erwähnt, fallen die Dinge also auseinander, sie breiten sich aus, und die Energie neigt dazu, sich im Laufe der Zeit zu verteilen. Die Entropie ist im Grunde ein Maß für diese Tendenz.

Sie misst, wie weit die Energie unter den Teilchen in einem System verteilt ist und wie diffus diese Teilchen im Raum sind.

Wir wissen, dass die Entropie im Großen und Ganzen immer zunimmt (dass sich die Dinge ausbreiten), und zwar aufgrund einer einfachen Frage der Wahrscheinlichkeit: Es gibt mehr Möglichkeiten, Energie zu verteilen, als sie zu konzentrieren. Wenn sich also Teilchen in einem System bewegen und interagieren, neigen sie durch reinen Zufall dazu, Konfigurationen anzunehmen, in denen die Energie verteilt ist.

Hier kommt die Formel ins Spiel. Der MIT-Physiker Jeremy England erklärt: „Wir können anhand der Formel sehr einfach zeigen, dass die wahrscheinlichsten evolutionären Ergebnisse diejenigen sind, die auf dem Weg dorthin mehr Energie von den externen Antrieben der Umgebung absorbiert und abgeleitet haben.

Das bedeutet, dass Atomklumpen, die von einem Bad mit einer bestimmten Temperatur umgeben sind, wie die Atmosphäre oder der Ozean, im Laufe der Zeit dazu neigen sollten, sich so anzuordnen, dass sie immer besser mit den Quellen mechanischer, elektromagnetischer oder chemischer Arbeit in ihrer Umgebung in Resonanz treten.“

Selbstreplikation (oder Reproduktion, in biologischen Begriffen), der Prozess, der die Evolution des Lebens auf der Erde antreibt, ist ein solcher Mechanismus, durch den ein System im Laufe der Zeit eine zunehmende Menge an Energie abführen könnte. Wie England es ausdrückte: „Ein großartiger Weg, mehr Energie zu verschwenden, ist, mehr Kopien von sich selbst zu machen.“

Einige würden argumentieren, dass es keinen Grundsatz gibt, dass Entropie effizient sein muss. Dennoch wurde auf diesem Gebiet bereits einiges getan. Ilya Prigogine, ein prominenter belgischer Physikochemiker, der für seine Arbeiten über dissipative Strukturen bekannt ist, stellte fest, dass sich unter einem verallgemeinerten chemischen Potenzial die Materie selbst zu Systemen organisiert, die die Dissipation dieses Potenzials verstärken.

Darüber hinaus stellt Karo Michaelian von der Abteilung für Experimentalphysik der UNAM in einem Aufsatz folgende Hypothese auf: „RNA und DNA sind die effizientesten aller bekannten Moleküle, wenn es darum geht, das intensive ultraviolette Licht zu absorbieren, das die dichte frühe Atmosphäre durchdrang, und sie sind bemerkenswert schnell bei der Umwandlung dieses Lichts in Wärme in Gegenwart von flüssigem Wasser. Aus dieser Perspektive kann die Entstehung und Entwicklung des Lebens, die untrennbar mit dem Wasser und dem Wasserkreislauf verbunden ist, als Ergebnis des natürlichen thermodynamischen Imperativs der Erhöhung der Entropieproduktion der Erde in ihrer Wechselwirkung mit ihrer solaren Umgebung verstanden werden.“

Natürlich sind die Ideen an dieser Stelle höchst spekulativ. Lesen Sie den letzten Satz jedoch nicht und nehmen Sie an, dass er bedeutet, dass die Ideen unwissenschaftlich oder unbegründete Vermutungen sind (bitte lesen Sie die verlinkten Artikel, um mehr Informationen über diese Theorien zu erhalten). Außerdem werden die theoretischen Ergebnisse (bis hierher) als gültig angesehen. Bei der Interpretation halten manche die Spekulation für ziemlich hoch (die Interpretation ist die Behauptung, dass seine Formel die treibende Kraft hinter der Entstehung des Lebens darstellt). Allerdings gibt es bereits Ideen, wie man das im Labor testen könnte.

Die Formel können Sie hier sehen, oder Sie erfahren mehr über diese Ideen in dem Video unten:

Außerdem sollten Sie sich ein paar Minuten Zeit nehmen, um Michaelians Forschungen durchzusehen, indem Sie hier klicken.

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